在一百多年前就有人試圖用人工的方法制造金剛石，但一直未能成功，其主要原因就在于，無法建立一個承受5~6GPa壓力和1000°C以上高溫的容器。直到1954年美國H.T.Haee等人解決了這個問題，人類才首次合成出了金剛石。我國第一套“61”型超高壓高溫年輪式模具于1962年底誕生，為金剛石合成工藝的試驗研究提供了最基本的條件?？梢哉f，兩面砧超高壓裝置為我國合成金剛石事業(yè)的崛起做出了歷史性的貢獻。

　　1964年國內(nèi)展開了兩種裝置（兩面砧和六面砧裝置）工業(yè)生產(chǎn)金剛石的開發(fā)競爭，通用機械研究所繼續(xù)大力開發(fā)大型“兩面砧”裝置，并相繼在長春、上海、沈陽、哈爾濱、西安等地協(xié)作建立車間和實驗基地，但后因技術不成熟而沒有發(fā)展起來，其中一個重要難題就是硬質(zhì)合金頂錘和壓缸消耗太大。

　　后來，人工晶體研究所建立了兩面砧裝置研究基地，60年代末完成高壓腔直徑Ø20mm，70年代Ø32mm，80年代中完成Ø40mm，90年代Ø50mm，目前已研制成功的Ø65mm腔體，在這期間Ø32mm腔體在該所生產(chǎn)十分成功，并推廣到武漢、無錫、長沙、吉林等地初期生產(chǎn)，但隨著六面砧裝置的日趨成熟，兩面砧裝置相繼下馬了。

　　為了加快我國超硬材料生產(chǎn)技術的發(fā)展，1979~1980年地質(zhì)部北京鉆探工具廠和核工業(yè)部232廠先后分別從瑞典和芬蘭引進了QRD—18型高壓合成裝置，高壓模具直徑為Ø40.5mm，頂砧Ø80.6×76.20mm，重4.5kg，壓缸Ø127×82.55mm，重13.5kg，均系瑞典引進，該裝置大體反映了De Beers Co1967~1969年前后的生產(chǎn)水平，經(jīng)過兩年多的使用表明，瑞典所提供的Ø40.5mm模具性能良好。

　　值得注意的是，國內(nèi)用于合成金剛石的高壓模具用的硬質(zhì)合金同世界先進水平相比差距很大，以QRD-18型裝置為例。

表1 國內(nèi)外硬質(zhì)合金壓缸（內(nèi)徑40mm）質(zhì)量對比

　　國外中等水平的合成工藝，產(chǎn)品為SDA系列的高品級金剛石，硬質(zhì)合金頂砧與壓缸平均壽命約1000次左右，國內(nèi)硬質(zhì)合金模具相差很遠，國內(nèi)外合成金剛石用硬質(zhì)合金消耗量如表2。

表2 國內(nèi)外合成金剛石用硬質(zhì)合金消耗情況

　　為擴大高壓腔體，改變我們長期不具備生產(chǎn)高品級金剛石的局面，第六砂輪廠首家引進了高強度、粗顆粒人造金剛石合成技術及關鍵設備，經(jīng)過兩年多的調(diào)試和批量試驗，于1990年竣工，引進的50MN合成壓機具有80年代中期國際先進水平，是國內(nèi)最先進的合成裝置，投產(chǎn)后人造金剛石年綜合產(chǎn)量可達110萬克拉，其中高品級金剛石為33萬克拉。

LX-650型金剛石六面頂液壓機

　　第六砂輪廠使用引進的合成裝置已批量生產(chǎn)出MND12、SMD、SMD25和SMD30四個高品級產(chǎn)品，產(chǎn)品質(zhì)量符合新國標GB6406-86，達到De Beers Co的SDA、SDA85和SDA100產(chǎn)品水平。遺憾的是，由于大直徑的硬質(zhì)合金頂砧和壓缸國產(chǎn)化的問題未能解決，而難以發(fā)揮其應有的作用。

　　美國G.E.Co的直徑60~70mm硬質(zhì)合金頂砧平均壽命3000次以上，壓缸為1500次以上。第六砂輪廠從西德引進的直徑60mm的壓缸平均使用壽命1000次，頂砧為2000次，年輪模具平均每個環(huán)的使用壽命6000次以上，De Beers Co目前使用的直徑110mm的壓缸平均壽命在1000次以上，頂砧2000次以上。我國人工晶體所采用鋼絲纏繞方式是從Ø20mm腔體小模具開始，逐步擴大Ø32mm、Ø40mm、Ø50mm、Ø65mm大型模具，研制了100套以上，數(shù)十年使用未發(fā)生斷裂事故，可以認為鋼絲纏繞技術完全成熟，此項技術超過國外同類產(chǎn)品水平。

　　以YX-50型模具為例，高壓腔容積100cm3。1991年全年使用9個（未改進），平均壽命121.78。

　　1992年全年使用壓缸50個（改進后），平均壽命537.86次。

　　1993年全年使用壓缸93個（改進后），平均壽命566.6次。

　　1994年全年使用頂砧100個，平均壽命811.1次，最高壽命7000多次，12月使用壓缸6個（改進后），平均壽命609.33次，最高壽命1500多次。

硬質(zhì)合金頂錘

　　鄭州三磨所和濟南鑄造鍛壓機械研究所密切合作，于1964年開始了DS-023A型鉸式六面砧超高壓裝置的設計工作，到1965年8月制造安裝完成，從此我國第一臺6×6MN DS-023A超高壓高溫裝置誕生開創(chuàng)了我國超硬材料發(fā)展的新局面，為超硬材料行業(yè)的形成、發(fā)展、壯大做出了重大貢獻。

　　該裝置從投入工藝試驗到正常運行，經(jīng)歷了一個艱苦探索的過程，其中有兩個突出的技術難點：一是高壓密封問題；二是硬質(zhì)合金頂砧使用壽命問題，通過反復實踐提出了：（1）錐半角越大，強度越大；（2）頂砧最大截面積上的壓應力取980~1078MPa；（3）頂砧頂面面積與最大截面積比取1:10為宜；（4）頂砧頂面邊長與立方體葉臘石塊邊長比取1:1.4~1.5為宜：（5）頂砧倒角一般取40°或41°；（6）倒角邊長與頂砧頂面邊長比約為1：2等，作為正確選擇頂砧的幾何結構與尺寸的參數(shù)，從而解決了上述兩個技術難題。

　　為給生產(chǎn)粗顆粒、高強度的金剛石提供充裕的生產(chǎn)空間，提出了高壓腔大型化的設想，1966~1973年分別設計制造了6×15MN、6×35MN、6×50MN的鉸式六面砧超高壓裝置。但是由于大直徑硬質(zhì)合金的制造技術在國內(nèi)沒有得到解決，因此上述大型裝置沒有投入運行。

　　為了適應我國人造金剛石工業(yè)上的發(fā)展，株洲硬質(zhì)合金廠于1961年開始了兩面砧用頂砧和壓缸、四面砧裝置用頂砧的研究工作，頂砧的材料曾試用G2、G4、G6、G6X；壓缸材質(zhì)則選用過YG15，后改為YG13.由于YG6X所需的細顆粒碳化鎢生產(chǎn)工藝難以控制，產(chǎn)量低難以解決當時硬質(zhì)合金頂砧的供需矛盾，為此，株洲硬質(zhì)合金廠對制造頂砧用碳化鎢顆粒、成分及制造工藝等進行了全面研究。1971年研制成功YG8型六面砧裝置用頂砧和YG4兩面砧裝置用頂砧，其使用壽命達到并超過YG6X頂砧，解決了細顆粒碳化鎢供不應求的問題，為人造金剛石的大發(fā)展做出了重要的貢獻。

　　回顧我國超硬材料合成的超高壓裝置不斷開拓的軌跡，不難看出，擴大高壓腔體、提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量，降低成本，以及引進年輪式50MN高壓兩面砧裝置用的頂砧與壓缸的國產(chǎn)化關鍵在于壓缸與頂砧的大型化，因此，必須把它作為重大問題加以解決。

　　據(jù)了解，株洲硬質(zhì)合金廠為人工晶體研究所試制的Ø270×142mm的大型兩面頂壓缸（單重75kg）和與之配套的頂砧（單重19kg）通過工業(yè)性試驗獲得成功。

　　咸陽超硬材料設備有限公司與株洲硬質(zhì)合金廠合作嘛，在缸體400mm的12mn鉸式六面砧裝置上，采用Ø105mm硬質(zhì)合金頂砧（單重8kg）進行高品級人造金剛石試驗獲得成功，其生產(chǎn)技術經(jīng)營效益又有較大增幅的提高，為我國人造金剛石產(chǎn)品參與國際市場的激烈競爭增添了一份實力。這一事實再次證明，硬質(zhì)合金頂砧（壓缸）的大型化對于我國超硬材料生產(chǎn)的技術進步意義重大。